KR100954905B1 - 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘막 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층이 선택적으로 노출시키도록 상기 버퍼층 상에 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막에 불순물을 이온주입하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 애싱공정에 의하여 제거하는 단계; 및 상기 버퍼층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층의 제거시 상기 애싱공정에 의하여 발생된 상기 포토레지스트 패턴의 잔여물인 폴리머가 함께 제거되는 것을 포함한다.
이미지 센서, 포토다이오드, 포토레지스트 파티클
Description
실시예에서는 이미지 센서의 제조 방법이 개시된다.
이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상((optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)를 포함한다.
이미지 센서는 마이크로 렌즈를 통해 입사된 광의 광량에 대응하여 포토 다이오드로부터 발생된 전자를 이용하여 영상 신호를 발생시킨다. 포토 다이오드에서 발생된 전자는 트랜지스터를 통해 데이터 저장 장치로 출력된다.
이미지 센서를 제조하기 위해서는 먼저, 웨이퍼와 같은 실리콘 기판에 트랜지스터들의 게이트로 작용하는 폴리실리콘막이 형성된다.
게이트로 형성될 상기 폴리실리콘막의 저항을 낮추기 위하여 픽셀 영역을 제외한 나머지 영역에 포토레지스트 패턴을 형성한 후 도전성 불순물을 이온주입 한다. 이때, 게이트 형성을 위한 이온주입 공정시 상기 포토레지스트 패턴에도 도전성 불순물이 함께 주입된다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴은 애싱 공정에 의하 여 제거된다.
그러나, 포토레지스트 패턴에 도전성 불순물이 주입될 경우, 포토레지스트 패턴의 표면은 수소(H+)가 제거되어 그 표면이 경화될 수 있다. 즉 상기 포토레지스트막의 표면은 경화되어 수소가 제거된 탄소막(carbonization) 형태의 크러스트(curst)가 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴을 애싱 공정에 의하여 제거할 때 상기 크러스트는 애싱 공정 등에 의하여 제거가 어렵다.
실시예는 크러스트 파티클을 효율적으로 제거할 수 있는 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 반도체 기판 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘막 상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층이 선택적으로 노출시키도록 상기 버퍼층 상에 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막에 불순물을 이온주입하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 애싱공정에 의하여 제거하는 단계; 및 상기 버퍼층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 버퍼층의 제거시 상기 애싱공정에 의하여 발생된 상기 포토레지스트 패턴의 잔여물인 폴리머가 함께 제거되는 것을 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법에 의하면, 포토레지스트 파티클을 효과적으로 제거하여 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 단면도 이다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 폴리실리콘막(20)이 형성된다.
상기 반도체 기판(10)상에는 소자 분리 패턴이 형성되며, 소자 분리 패턴의 사이에는 액티브 영역이 정의된다.
상기 반도체 기판(10)은 단결정의 p형 기판(p++)일 수 있고, 상기 반도체 기판(10) 상에는 에피택셜(epitaxial) 공정을 실시하여 저농도의 p형 에피층(p-Epi)이 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(10)에 상기 액티브 영역 상에는 픽셀 영역(A) 및 로직 영역(B)이 형성될 수 있다. 상기 픽셀 영역(A)에는 포토다이오드(PD) 및 트랜지스터 회로를 포함하는 단위화소가 형성될 수 있다. 상기 트랜지스터 회로는 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 드라이브 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터를 포한다. 상기 로직 영역(B)은 상기 단위화소이 전기신호를 처리하기 위한 트랜지스터 회로가 형성될 영역이다. 즉, 도 1 에 도시된 픽셀 영역(A) 상의 PD는 포토다이오드 예정영역이고, Tx는 트랜스퍼 트랜지스터 예정영역이고, Rx는 리셋 트랜지스터 예정영역이고, Dx는 드라이브 트랜지스터 예정영역일 수 있다.
상기 소자 분리 패턴이 형성된 후, 반도체 기판(10) 상에는 폴리실리콘막(20)이 형성된다. 상기 폴리실리콘막(20)은 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 폴리실리콘막(20)은 화학 기상 증착(CVD) 공정 등에 의하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 폴리실리콘막(20) 상에 버퍼층(30)이 형성된다. 상기 버퍼층(30)은 산화막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(30)은 폴리실리콘막(20)을 열산화시켜 형성될 수 있다.
또는 상기 버퍼층(30)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 LPCVD 공정 시 550~750℃ 온도와, TEOS 가스를 이용하여 50~200Å의 두께로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 버퍼층(30) 상에 포토레지스트 패턴(100)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴(100)은 상기 픽셀 영역(A)의 버퍼층(30)은 노출시키고 나머지 영역은 가리도록 형성된다.
상기 포토레지스트 패턴(100)은 상기 버퍼층(30)의 전면적에 걸쳐 포토레지스트 필름이 형성된다. 예를 들어, 포토레지스트 필름은 스핀 코팅 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트 필름이 형성된 후, 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토 공정에 의하여 포토레지스트 필름은 패터닝된다. 상기 포토레지스트 패턴(100)은 상기 픽셀 영역(A)의 Tx 영역(Tx), Rx, 영역(Rx), Dx 영역(Dx) 및 Sx 영역(Sx)에 대응하는 상기 버퍼층(30)을 노출시도록 개구부(110)를 포함한다.
상기 포토레지스트 패턴(100)을 이온 주입 마스크로 이용하여 폴리실리콘막(20)에는 도전성 불순물이 주입되면 도전성 폴리실리콘막(25)이 형성된다.
상기 도전성 불순물은 3족 또는 5족의 원소일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리실리콘막(20)에 주입되는 도전성 불순물은 인(P) 일 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴(100)을 이온주입 마스크로 이용하여 도전성 불순물 을 폴리실리콘막(20)에 주입함으로써 상기 도전성 폴리실리콘막(25)의 저항은 낮아질 수 있게 된다. 즉, 상기 폴리실리콘막(20)에 3족 또는 5족의 원소인 도전성 불순물이 주입되면 상기 도전성 폴리실리콘막(25) 내부에 전자 또는 정공이 생성되어 내부저항이 낮아지므로 전도성은 커질 수 있게 된다.
상기 폴리실리콘막(20) 내부에 도전성 불순물이 주입될 때, 이온 주입 마스크로 사용되는 포토레지스트 패턴(100)의 표면에도 도전성 불순물이 함께 이온주입된다. 상기 도전성 불순물은 하이도즈로 이온주입되어 상기 포토레지스트 패턴(100)의 수소 이온이 제거되면서 경화될 수 있다. 그러면 상기 포토레지스트 패턴(100)의 표면은 탄소화되어 크러스트층(120)이 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 버퍼층(30) 상의 포토레지스트 패턴(100)이 제거된다.
상기 포토레지스트 패턴(100)은 애싱공정에 의하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 포토레지스트 패턴(100)은 O2 가스를 이용하여 200~300℃의 온도에서 플라즈마 공정에 의하여 제거될 수 있다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴(100)은 수소가 제거된 상태이므로 포토레지스트 패턴(100)의 크러스트층(120)이 팝핑(popping)되어 상기 버퍼층(30) 상에 상기 포토레지스트의 잔여물인 폴리머(115)가 다량발생될 수 있다.
상기 폴리머(115)는 게이트를 형성하기 위하여 상기 도전성 폴리실리콘막(25) 또는 폴리실리콘막(20)을 패터닝할 때 파티클로 작용하여 패터닝을 정밀하게 형성될 수 없는 장애요인이 될 수 있다.
실시예에서는 상기 도전성 폴리실리콘막(25) 및 폴리실리콘막(20) 상에 버퍼층(30)이 형성되어 있으므로 상기 폴리머(115)는 상기 버퍼층(30) 상에서 발생된다.
도 5를 참조하여, 상기 폴리실리콘막(20) 상에 형성된 버퍼층(30)이 제거된다. 상기 버퍼층(30)의 제거시 상기 폴리머(115)도 제거될 수 있다.
상기 버퍼층(30)은 HF 케미컬에 의하여 제거될 수 있다. 또는 상기 버퍼층(30)은 DI 워터와 HF 케미컬에 의하여 제거될 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼층(30)은 DI 워터와 HF 케미컬은 1:1의 비율로 스트립 할때는 5~15초 동안 진행될 수 있다.
또는, 상기 버퍼층(30)은 DI 워터와 HF 케미컬은 1:19의 비율로 스트립 할때는 25~30초 동안 진행될 수 있다.
또는, 상기 버퍼층(30)은 DI 워터와 HF 케미컬은 1:99의 비율로 스트립 할때는 60~100초 동안 진행될 수 있다.
참고로, 상기 버퍼층(30)의 제거시 상기 폴리실리콘막(20)의 균일성(Uniformity) 측벽에서는 1:99의 비율로 스트립하는 것이 안정적이나, HF 비율에 상관없이 시간 조절만 최적화된다면 상기 케미컬의 비율에 상관없이 상기 버퍼층(30)의 제거는 가능할 수 있다.
상기와 같이 버퍼층(30)의 제거시 상기 폴리머(115)가 함께 제거되므로 상기 반도체 기판(10) 상에는 도전성 폴리실리콘막(25)이 남게 된다.
도시되지는 않았지만, 상기 도전성 폴리실리콘막(25)은 패터닝되어 게이트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 게이트를 이용하여 박막 트랜지스터 구조물을 형성하고, 박막 트랜지스터 구조물 상에 층간 절연막 및 배선을 형성한 후, 컬러필터 및 마이크로 렌즈를 형성하여 이미지 센서를 제조할 수 있다.
실시예에 따르면 폴리실리콘막에 이온주입 공정을 수행할 때 포토레지스트 패턴에 주입된 이온에 의하여 형성된 수소가 제거된 크러스트에 의한 폴리실리콘막의 패턴 불량을 방지하여 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (5)
- 반도체 기판 상에 폴리실리콘막을 형성하는 단계;상기 폴리실리콘막 상에 버퍼층을 형성하는 단계;상기 버퍼층이 선택적으로 노출시키도록 상기 버퍼층 상에 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막에 불순물을 이온주입하고, 상기 폴리실리콘 막에 불순물이 이온주입 될 때 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 크러스트층이 형성되는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 애싱공정에 의하여 제거하는 단계; 및상기 버퍼층을 제거하는 단계를 포함하고,상기 애싱공정 시 상기 크러스트층의 잔여물이 팝핑되어 상기 버퍼층의 표면에 폴리머가 발생되고,상기 버퍼층의 제거시 상기 폴리머가 함께 제거되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 버퍼층은 산화막으로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 버퍼층은 HF 케미컬에 의하여 제거되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 버퍼층은 DI 워터 및 HF 케미컬에 의하여 제거되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 버퍼층의 제거시 DI 워터 및 HF 케미컬의 혼합 비율은 1:1, 1:19 및 1:99 중 어느 하나인 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
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